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INDICE 1. INTRODUCCION ..................................................................................... 1 2. JUSTIFICACION ..................................................................................... 4 3. MARCO TEORICO .................................................................................. 4 I.

Objetivos .................................................................................... 5

II.

Conceptos ................................................................................... 5

III.

Beneficio de los paneles solares ................................................. 6

IV.

Foda ............................................................................................ 6

V.

Elementos principales de un panel solar ..................................... 6

VI.

Características ............................................................................ 6

VII.

Tipos de paneles ......................................................................... 0 i.

En función de los materiales ................................................. 6

ii.

En función de la forma .......................................................... 6

VIII.

Sistemas de seguimiento solar ................................................... 6

IX.

Orientación de un panel solar ..................................................... 6

X.

Otros elementos asociados a los paneles solares ...................... 6

XI.

Aplicaciones de los paneles solares ........................................... 6

XII.

Características técnicas de instalación ....................................... 6

XIII.

Recomendaciones y consejos útiles para usuarios de instalaciones de paneles solares ................................................ 6

4. CONCLUCIONES.................................................................................... 6 5. RECOMENDACIONES ........................................................................... 6 6. BIBLIOGRAFIA ....................................................................................... 6

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1. INTRODUCCIÓN

La energía solar puede transformarse en otras formas de energía como la energía eléctrica utilizando paneles solares. Esta fuente de energía, a diferencia de las de combustibles fósiles; abunda, y no produce gases de efecto invernadero ni otras emisiones. Con esto nos damos cuenta que es lógico aprovechar el sol como fuente de energía gratuita, limpia e “inagotable”; diferente del petróleo o de otras alternativas poco seguras, contaminantes o agotables. Aunque también existen problemas, como el conflicto de la utilización avanzada de esta nueva política energética y el clima, el cual provoca que la radiación solar sea menor en invierno; justo cuando más se necesita energía.

Pero por lo anterior, es de vital importancia continuar con el desarrollo y perfeccionamiento de esta tecnología y conseguir las condiciones necesarias para hacerla competitiva globalmente. Las células solares fotovoltaicas dispuestas en paneles solares perfilan como una opción en la electrificación rural evitando la contaminación, el ruido y el uso de combustibles. La electricidad obtenida con la utilización de paneles fotovoltaicos puede usarse de manera directa (mediante la utilización de motores eléctricos) o puede ser almacenada en acumuladores para utilizarlos en horas nocturnas.

Se espera entonces, la fabricación a gran escala para la utilización de esta tecnología en países ricos en sol. El costo de la energía convencional sería mucho menor en lugares aislados.

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2. JUSTIFICACION

Se propone utilizar este tipo de energía porque se considera una de las energías más verdes, ya que no contamina, su proceso para obtener electricidad principalmente es muy sencillo, la celda o panel solar se coloca en un punto donde el sol este al máximo de su radiación, bueno el panel solar recibe esa energía para así transformarla en electricidad. Sabemos que esta energía es muy útil, la energía almacenada se guarda en baterías, con un panel solar es suficiente para alimentar las necesidades de electricidad de un hogar común. La gran desventaja de la energía solar es su precio, ya que las celdas o paneles solares su costo es muy elevado, porque está construida con la mayor tecnología.

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3. MARCO TEORICO

I.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Analizar la importancia de la utilización de energías limpias y comprender básicamente el funcionamiento de un panel solar.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS → Encaminar las necesidades del uso de la energía. → Distinguir la diferencia entre los diferentes conceptos.

II.

CONCEPTOS

 Un panel: es un elemento que permite usar los rayos del sol como energía. Lo que hacen estos dispositivos es recoger la energía térmica o fotovoltaica del astro y convertirla en un recurso que puede emplearse para producir electricidad o calentar algo. Es un elemento que permite usar los rayos del sol como energía, con que hacen estos dispositivos es recoger la energía térmica fotovoltaica del astro y convertirla en un recurso que puede emplearse para producir electricidad o calentar algo. Hoy en día la energía solar se utiliza como fuente de energía renovable la cual se capta a través de paneles fotovoltaicos y se almacena en batería como energía eléctrica para suministrar electricidad y diversos equipos que funcionan con energía eléctrica.

4

Figura 1: curva I – V de una célula fotovoltaica cando se encuentra en la oscuridad e iluminada.

 Energía renovable: la que se obtiene de fuentes naturales virtualmente inagotables, ya sea por la inmensa cantidad de energía que contienen, o porque

son

capaces

de

regenerarse

por

medios

naturales.

 Energía solar: energía obtenida mediante la captación de la luz y el calor emitidos por el sol.  Panel fotovoltaico: Producen electricidad a partir de la luz que incide sobre él. Los

paneles

fotovoltaicos

están

formados

de

materiales

semiconductores como el silicio o el arseniuro de galio, los que absorben algunos

de

los

fotones

provenientes

de

la

radiación

solar.

Los electrones, sub partículas atómicas que forman parte del exterior de los átomos, y que se alojan en orbitales de energía cuantizada, son golpeados por lo fotones (interaccionan) liberándose de los átomos a los que estaban originalmente confinados. o Principales características de los sistemas fotovoltaicos



utilizan una fuente de energía renovable (la radiación solar), que es inagotable a escala humana.



son livianos y pequeño. sus dimensiones son muy reducidas y se pueden instalar fácilmente sobre el tejado de las viviendas, entre otros lugares.

5



ausencia de partes móviles, por lo que apenas requieren mantenimiento.



resistentes a las condiciones climatológicas más adversas: lluvia, nieve, viento, etc.



no requiere consumo de combustible.



durante su uso, no producen desechos residuos, olores, ruidos o vapores, que contaminen el medio ambiente.

o Componentes de un sistema fotovoltaico Sistema fotovoltaico funcione correctamente y tenga una elevada fiabilidad de suministro y durabilidad, debe estar conformado por: 

subsistema de captación -

transforma la radiación solar en

electricidad 

subsistema de almacenamiento – almacena la energía



subsistema de regulación – regula la entrada de energía procedente del campo de captación



subsistema

de

adaptación

de

corriente

–

adecua

las

características de la energía a las demandas por aplicaciones. o Factores que afectan a los paneles fotovoltaicos El funcionamiento del módulo fotovoltaico se ve afectado por los siguientes factores: 

INTENSIDAD DE LA RADIACION

La intensidad aumenta con la radiación, permaneciendo más o menos constante el voltaje. Es importante conocer ese efecto, ya que los valores de la radiación cambian a lo largo de todo el día. 

TEMPERATURA DE LAS CELULAS SOLARES:

6

La exposición al sol de las células provoca su calentamiento, lo que con lleva cambios en la producción de electricidad. 

SUBSISTEMA DE ACUMULACION:

En las instalaciones fotovoltaicas lo más habitual es utilizar un conjunto de baterías para almacenar la energía eléctrica generada durante los rayos de radiación, para su utilización posterior en los momentos de baja o nula insolación.

 Célula fotoeléctrica: dispositivo electrónico que permite transformar la energía luminosa (fotones) en energía eléctrica mediante el efecto fotovoltaico.

Figura 2: datos eléctricos - fotovoltaico

 Efecto fotovoltaico: consiste en la emisión de electrones por un metal o fibra de carbono cuando se hace incidir sobre él una radiación electromagnética (luz visible o ultravioleta).

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 Radiación: consiste en la propagación de energía en forma de ondas electromagnéticas o partículas subatómicas a través del vacío o de un medio material. a) Radiación directa: Es aquella que llega directamente del sol a una superficie sin haber sufrido dispersión en su trayectoria al atravesar la atmosfera. Este tipo de radiación se caracteriza por proyectar una sombra definida de los objetos opacos que la interceptan.

b) Radiación difusa: Parte de la radiación que atraviesa la atmósfera y es reflejada por las nubes o absorbida por éstas, partículas de polvo en la atmosfera, montañas, árboles, edificios, el suelo, etc. c) Radiación reflejada: Es aquella que es reflejada por la superficie terrestre, depende del coeficiente de reflexión de la superficie, también conocido como albedo. Las superficies verticales son las que reciben generalmente este tipo de radiación. d) radiación global: Es la suma de los tres tipos de radiaciones anteriores

III.

BENEFICIO DE LOS PANELES SOLARES

 BENEFICIOS MEDIO AMBIENTALES o Disminución de las emisiones de CO2. Por cada 20kWh de electricidad producida a partir de energía solar se dejan de emitir unos 10 kg de CO2 al año, en 25 años se evitan 250Kg de CO2. o Reducción de la contaminación atmosférica, el efecto invernadero producido por las emisiones de CO2 y del cambio climático provocado por el efecto invernadero.

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 BENEFICIOS EDUCATIVOS o La educación de los alumnos de las tecnologías ecológicas y en la cultura de respeto al medio ambiente. o Posibilidad de creación de un club solar en cada centro, que recoja, estudie y elabore trabajos sobre temas relacionados con la energía solar.

 BENEFICIOS SOCIALES Y ECONOMICOS o Las energías renovables generan más puesto de trabaja que otras energías más contaminantes. o La utilización de energía solar en zonas rurales o aisladas permite la creación de pequeñas empresas, lo que potencia el desarrollo económico de poblaciones poco favorecidas.

IV.

FODA

 FORTALEZA 

Aprovechamiento de la energía del sol



disminución de enfermedades provocadas por otros prototipos contaminantes



no es contaminante



aprovechamos los recursos que la naturaleza nos brinda



disminución de daños al medio amiente



nuevas generaciones aprovecharían estos recursos que nos ofrece la naturaleza



familias con mayor preparación abiertas a aceptar nuevas oportunidades de vida

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

este prototipo en un futuro puede ser utilizado para hacerlo que funcione y beneficie a la universidad

 OPORUNIDADES 

vivir en un lugar no contaminado



una mejor calidad de vida para las futuras generaciones si se realizara este proyecto en la universidad



sería una excelente fuente de empleo



se ahorrarías energía



sería una mejor opción de aprovechamiento de recursos naturales sin dañarlos



nueva y mejor forma de vivir bien

 DEILIDADES 

la instalación es muy cara



la ignorancia del funcionamiento de este tipo de energía



la falta de información



la resistencia a tener una nueva forma de energía o valor



la indiferencia hacia la contaminación



para realizar este proyecto no contamos con los recursos necesarios para llevarlo a cabo de una manera mejor elaborada



no es fácil adquirir esto si no ay dinero suficiente

 AMENAZAS 

el lugar donde se desarrollara es una zona muy fría



fala de conocimiento de esta energía

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

en dado caso esta no funciona del todo ya que hay ocasiones que o hay esta energía en algunas estaciones del año (época de lluvia, cuando esta anulado)



como muchas personas no saben sobre esta nueva energía puede que no apoyen para que se implementen los instrumentos necesarios para aprovechar esta energía



es una de las energías alternas más caras por lo tanto no es tan fácil su adquisición



que tal vez ese proyecto no se pueda realizar como se pretende ya que es cara tanto la instalación y todo lo demás por lo que podría.

V.

ELEMENTOS PRINCIPALES DE UN PANEL SOLAR

Este tipo de paneles se utilizan principalmente para calentar agua para uso sanitario (ACS). Sin embargo, aun siendo los equipos más simples, para hacer una buena elección es clave conocer las características de los elementos que lo constituyen. Dicha información es útil para poder evaluar la calidad de los colectores y elegir el más adecuado en base a las condiciones climatológicas a las que va estar sometido; la finalidad de la instalación; y al presupuesto del que se dispone. Los 4 elementos en los que debemos fijarnos son: la cubierta transparente, la placa captadora, el aislante y la carcasa.

1. Cubierta transparente Es la encargada de producir el efecto invernadero, reducir las pérdidas por convección y asegurar la estanqueidad del colector al agua y al aire en unión con la carcasa y las juntas.

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El efecto invernadero logrado por la cubierta consiste en que la radiación que ha atravesado la cubierta y llega a la placa captadora, una parte es reflejada hacia la cubierta transparente con una longitud de onda para la cual ésta es opaca, con lo que se consigue retener la radiación en el interior. Este efecto nos define las características de la cubierta: 

Alto coeficiente de transmisión de la radiación de solar en la banda de 0.3 a 3 mm, el cual debe conservarse a lo largo de los años.



Bajo coeficiente de transmisión para las ondas largas, superiores a 3m.



Bajo coeficiente de conductividad térmica, que dificulte el paso de calor desde la superficie interior hacia la exterior, minimizando así las pérdidas.

2. Placa Captadora Tiene por misión absorber de la forma más eficiente posible la radiación solar y transformarla en energía térmica utilizable mediante su transferencia al fluido calo portador. La cara de la placa captadora que se expone al sol ha de estar protegida de los rayos solares por medio de: 

Pintura de color negro u oscuro que absorbe la radiación solar. Presenta el inconveniente de tener un coeficiente de emisión sensiblemente igual al de absorción, por lo que no es recomendable para altas temperaturas.



Superficies selectivas. Posee un coeficiente de absorción de radiación solar alto y un bajo coeficiente de emisión. No existen materiales simples que tengan esta propiedad, por lo que se consigue por medio de superposición de capas o tratamientos especiales de la superficie

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3. Aislamiento La placa captadora está protegida en su parte posterior y lateral por medio de un aislamiento para evitar las perdidas térmicas hacia el exterior. Las características de estos aislantes han de ser: 

Resistir altas temperaturas sin deteriorarse, lo que muchas veces se consigue colocando entre la placa y el aislante una capa reflectante, que impida que el aislante reciba directamente la radiación.



Desprender pocos vapores al descomponerse por el calor y en caso de ocurrir que no se adhieran a la cubierta.



No degradarse por el envejecimiento u otro fenómeno a la temperatura habitual de trabajo.



Soportar la humedad que se pueda producir en el interior de los paneles sin perder sus cualidades.

Los materiales más usados son la fibra de vidrio, la espuma rígida de poliuretano y el poliestireno expandido. Cualquiera que sea el material escogido debe tener un coeficiente de dilatación compatible con el de los demás componentes del panel solar.

4. Carcasa Es la encargada de proteger y soportar los elementos que constituyen el colector solar, además de servir de enlace con el edificio por medio de los soportes. Debe cumplir los siguientes requisitos: 

Rigidez y resistencia estructural que asegure la estabilidad. Es de suma importancia ya que debe resistir la presión del viento.



Resistencia de los elementos de fijación: mecánica para los esfuerzos a transmitir; y química para soportar la corrosión.

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

Resistencia a la intemperie, a los efectos corrosivos de la atmósfera y a la inestabilidad química debido a las inclemencias del tiempo.



Aireación del interior del colector para evitar la condensación del agua en el interior del colector.

Figura 3: elementos principales de un panel solar

VI.

CARACTERISTICAS

La energía solar es obtenida mediante la captación de luz y calor emitidos por el sol. Los gastos están en el proceso de instalación del equipo solar y en su mantenimiento.

La captación de la radiación puede aprovecharse como energía limpia con la utilización de paneles fotovoltaicos; la radiación obtenida varía según el momento del día, condiciones atmosféricas y la latitud, con esto varía la irradiancia (potencia o radiación W/m²). Las células fotovoltaicas (transforman energía luminosa en energía eléctrica) componen a los paneles fotovoltaicos que aprovechan la energía de la radiación solar para generar electricidad. La celda solar dependen del efecto fotovoltaico (transformación de energía solar en eléctrica) para generar un campo eléctrico capaz de

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generar una corriente. El campo eléctrico es generado por la producción de energía luminosa que produce cargas positiva y negativa en dos semiconductores próximos de diferente tipo. Una celda solar, también conocida como celda fotovoltaica, es un dispositivo semiconductor dopado (tipo N-P), que convierte la luz que incide sobre él, directamente el electricidad, debido al efecto fotovoltaico.

Figura 4: corte transversal de una celda solar

a) VENTAJAS  Son confiables y silenciosas, no tiene partes móviles y duran 30 años o más si se las recubre con vidrio o plástico  A pesar de que el día este nublado no dejaras de producir energía ya que las células generan electricidad a partir de la radiación solar no la del calor.  La energía es limpia y no genera desechos de ningún tipo. De esta manera se reduce los gases contaminantes que producen los otros medios de generación de energía.  Es favorable para el medio ambiente ya que no necesita quemar combustibles fósiles o utilizar materiales nucleares para generar electricidad, esto evita la posible contaminación de nuestro aire, agua y atmosfera con contaminantes peligrosos y gases de efecto invernadero. La contaminación que genera los paneles solares es mínima y esta se da durante su proceso de fabricación.

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 El

mantenimiento

de

los

paneles

solares

se

da

muy

ocasionalmente y realmente es muy sencillo, esto significa que solo tendrás que limpiar los paneles con agua y jabón de vez en cuando.

Figura 6: Mantenimiento de la celda solar

b) DESVENTAJAS  El costo inicial de la compra de paneles solares comerciales y su instalación pueden ser elevados y se requiere de un rápido desembolso de dinero.  Los paneles no funcionan por la noche por que no hay luz solar. Para

compensar

esto,

se

requiere

instalar

pilas

de

almacenamiento y sistemas de carga en la red de energía solar.  El mal tiempo y la contaminación del aire o la suciedad acumulada puede tapar el sol y afectar la eficiencia de los paneles solares.  El sistema de paneles solares también debe de abarcar una amplia zona para obtener más horas del sol y lograr una mayor eficiencia.

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c) PROCESO DE FABRICACION DE UNA CELDA SOLAR DE SILICIO

Figura 7: Proceso de fabricación de una celda solar

d) FACTORES QUE AFECTAN AL RENDIMIENTO o RADIACION SOLAR: bajos niveles / altos de niveles de voltaje de salida o CONCENTRADOR

ESTATICO:

encapsulado

que

aumenta

el

rendimiento o TEMPERATURA DE OPERACIÓN: un aumento de esta hace que la corriente aumente pero el voltaje disminuye. o SOMBRA: disipa la energía, Una celda sombreada afecta al módulo completo.

Figura 8: cambios climáticos que afectan el rendimiento de un panel solar

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e) INFLUENCIA DE LA RADIACION EN LA RADIACION EN LA EFICIENCIA DE UNA CEDA SOLAR Una vez que se ha entendido el comportamiento de una celda solar para condiciones de radiación constante se procede a variar esta condición para ver como varia su respuesta corriente vs. Tensión.

Figura 9: Variación de la corriente y tensión con la radiación

VII.

TIPOS DE PANELES

i.

EN FUNCION DE LOS MATERIALES

Existen diferentes tipos de paneles solares en función de los semiconductores y los métodos de fabricación que se emplean:

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A. MONOCRISTALINO

Esta es la tecnología que inició la revolución fotovoltaica. Originado en los años 50, los paneles solares mono cristalinos son el sistema más viejo y más desarrollado hasta la fecha. Como su nombre indica, están hechas de un solo cristal de silicio puro. Los fabricantes utilizan el método de Czochralski para tirar lentamente de una sola semilla de cristal de silicio de silicio monocristalino fundido y formar un lingote. Una semilla de cristal es una pequeña pieza de silicona que se utiliza como base para las moléculas fundidas. Al proporcionar la infraestructura adecuada, las moléculas fundidas pueden conectarse para formar un lingote. Mientras se está preparando la semilla, la temperatura se baja gradualmente para ayudar a formar una forma cilíndrica. Los módulos monocristalinos se pueden reconocer por su color uniforme y aspecto, que indican la alta pureza del silicio.  Ventajas:



Los paneles solares monocristalinos tienen la mayor tasa de eficiencia (por lo general alrededor del 15-20%);



Los módulos mono son eficientes en cuanto a espacio. Debido a que estos módulos ofrecen la mayor potencia de salida, que requieren la menor cantidad de espacio en comparación con otros paneles solares,



Tienen una larga vida útil – la mayoría de los fabricantes ofrecen una garantía de 25 años en sus paneles solares mono;



Su desempeño es mejor que otros tipos de módulos solares en condiciones de poca luz.

 Desventajas: 

Los módulos monocristalinos son los más caros;



Si están cubiertos de tierra o nieve, todo el sistema se ve afectado;



Basados en secciones de una barra de silicio perfecta en una sola pieza

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B. POLICRISTALINO

Los paneles solares policristalinos están formados por múltiples cristales. En lugar de pasar por un proceso lento y muy costoso de crear un solo cristal, los fabricantes simplemente ponen una semilla de cristal en un molde de silicio fundido y permiten que se enfríe. Debido a este método de colada, el cristal que rodea la semilla no es uniforme y crece en múltiples cristales pequeños.  Ventajas:



El proceso utilizado para fabricar paneles solares poli es más sencillo y, por lo tanto, menos costoso.



Por lo general tienen una menor tolerancia al calor que los módulos monocristalinos.

 Desventajas:



Debido a que la pureza del silicio es menor que los módulos mono, los paneles solares policristalinos son menos eficientes que sus homólogos mono. Su eficiencia suele estar clasificada en torno al 13% -16%.



No sólo que son menos eficientes energéticamente, sino que también tienen una baja eficacia espacial. Necesita cubrir una superficie más grande para obtener la misma potencia que lo haría con los módulos monocristalinos.

Tambien se basan en secciones de una barra de silicio que se ha estructurado desordenadamente en forma de pequeños cristales.

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C. AMORFO

Su diseño Con las placas monocristalinas, compuestas por un cristal entero, y policristalinas, compuestas por varios cristales pequeños, por lo general durante su confección se pierde casi la mitad del silicio en forma de polvo al cortar las placas, lo cual no ocurre con las células fotovoltaicas de silicio amorfo. La nueva tecnología de silicio amorfo consiste en una tecnología de lámina delgada que es creada depositando silicio sobre un sustrato de vidrio de un gas reactivo, como por ejemplo puede ser el silano (SiH4). Podemos agrupar a las células fotovoltaicas de silicio amorfo dentro de las tecnologías de lámina delgada. Este tipo de célula solar es posible de ser aplicada como película a sustratos de bajo costo como el cristal o el plástico.

Las células fotovoltaicas de silicio amorfo tienen sin embargo una ventaja en relación a otro tipo de células fotovoltaicas. Estas absorben más la radiación solar, pudiendo producir mayor energía a través del efecto fotovoltaico. Si tomamos que el rendimiento de los paneles solares normales es de un 10%, podríamos decir comparativamente que con las células fotovoltaicas de silicio amorfo podríamos llegar a aproximadamente a un 18%. Otra ventaja importante de este tipo de sistema es la reducción del espacio. Las láminas de silicio amorfo son realmente muy delgadas, Otra gran ventaja de las células fotovoltaicas de silicio amorfo es su gran adaptabilidad. Ya que estas funcionan como si las imprimiésemos sobre un sustrato, podemos llegar a utilizarlas sobre sustratos curvos.

Basados tambien en silicio, pero a diferencia de los dos, este material no sigue aquí estructura cristalina alguna.

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D. ARSENIO DE GALIO

La ventaja del arseniuro de galio sobre el silicio de grado solar es que ofrece casi el doble de eficiencia. La gran desventaja, que explica su poca utilización, es el precio. Para resolver esta disyuntiva, ingenieros e investigadores de la Universidad de Illinois dicen haber conseguido nuevos métodos de fabricación de películas delgadas de arseniuro de galio de bajo costo, lo que permitiría crear dispositivos que reemplazarían al silicio aumentando la eficiencia de las células fotovoltaicas. Hace poco más de dos meses, la empresa de California (EEUU) Solar Junction anunciaba a bombo y platillo que había batido el récord del mundo de eficiencia energética de una célula solar fotovoltaica. Alcanzaron una eficiencia de producción del 43,5%. Los paneles de silicio que se suelen instalar en tejados y huertos solares no pasan del 20%, y el modelo comercial que mayor eficiencia alcanza llega al 40% (fabricado con arseniuro de galio).

E. TELURO DE CADMIO

El límite teórico de eficiencia para las células de teluro de cadmio supera el 30% - significativamente más alto que el del silicio convencional, con una eficiencia entre 16% y 18%; y para el que el límite teórico es bastante menos de 30%. First Solar, el único fabricante de paneles solares de teluro de cadmio en el mercado estadounidense, trabaja duro para acercar los paneles solares comerciales a ese límite. "La diferencia entre lo que teóricamente se puede lograr comercialmente disponible es bastante amplia", dice Raffi Garabedian, director de tecnología de First Solar. "Estamos reduciendo esa diferencia a una velocidad vertiginosa".

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Figura 9: Variación de la corriente y tensión con la radiación

F. DISELENIURO DE COBRE DE INDIO Diseleniuro de cobre en indio – con rendimientos en laboratorio próximos al 17% y en módulos comerciales del 9%.

G. TANDEM Estos combinan dos tipos de materiales semiconductores distintos. Debido a que cada tipo de material aprovecha sólo una parte del espectro electromagnético de la radiación solar, mediante la combinación de dos o tres tipos de materiales es posible aprovechar una mayor parte del mismo. Con este tipo de paneles se ha llegado a lograr rendimientos del 35%. Teóricamente con uniones de 3 materiales podría llegarse hasta rendimientos del 50%.

H. POLIMEROS CONDUCTORES (POLIANILINA, POLIPIRROL) o Son, más livianas y económicas. o Fácil fabricación y absorben la radiación a distintas longitudes de onda. o Aunque tienen una eficiencia del 5%.

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ii.

EN FUNCION DE LA FORMA

A. PANELES CON SISTEMAS DE CONCENTRACION

Mediante una serie de superficies reflectantes, concentra la luz sobre los diferentes paneles fotovoltaicos Un ejemplo de ellos es el modelo desarrollado por una marca española, el cual mediante una serie de superficies reflectantes concentra la luz sobre los paneles fotovoltaicos. Aunque el porcentaje de conversión no varíe, una misma superficie de panel producirá más electricidad ya que recibe

una

cantidad

concentrada

de

fotones.

Actualmente se investiga en sistemas que concentran la radiación solar por medio de lentes. La concentración de la luz sobre los paneles solares es una de las vías que están desarrollando los fabricantes para lograr aumentar la efectividad de las células fotovoltaicas y bajar los costes.

Figura 10: Estructura de paneles con sistema de concentración

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B. PANELES DE FORMATO BALDOSA O TEJA:

Son paneles de pequeño tamaño y están especialmente pensados para ser combinados en gran número, de forma que cubran grandes superficies. Estos paneles son de pequeño tamaño y están pensados para combinarse en gran número para así cubrir las grandes superficies que ofrecen los tejados de las viviendas. Aptos para cubrir grandes demandas energéticas en los que se necesita una elevada superficie de captación.

Figura 11: Panel de formato teja

C. PANELES SOLARES BIFACIALES:

Son paneles especiales basados en un tipo panel capaz de transformar en electricidad la radiación solar que le recibe por absolutamente cualquiera de sus dos caras. Basados en un tipo de panel capaz de transformar en electricidad la radiación solar que le recibe por cualquiera de sus dos caras. Para aprovechar convenientemente esta cualidad se coloca sobre dos superficies blancas que reflejan la luz solar hacia el reverso del panel.

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Figura 12: Panel bifaciales

VIII.

SISTEMAS DE SEGUIMIENTO SOLAR

En los sistemas solares fotovoltaicos existe la posibilidad de emplear elementos seguidores del movimiento del Sol que favorezcan y aumenten la captación de la radiación solar.  Asegurar estabilidad y agarre del sistema.  Trasmitir las fuerzas externas sobre la instalación a los elementos constructivos que soportan la estructura.  Proporcionar los ángulos de orientación (inclinación y azimut) apropiados

 Colocación sobre soporte estático

Soporte sencillo sin movimiento. Dependiendo de la latitud de la instalación y de la aplicación que se quiera dar se dotan a los paneles de la inclinación más adecuada para captar la mayor radiación solar posible. Es el sistema más habitual que se encuentra en las instalaciones -

Placas solares fijas: Los paneles convencionales tiene el inconveniente de ser fijos. Por ello, sólo alcanzan su máximo rendimiento cuando el sol

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forma un ángulo de 90º con respecto a ellos. Según el ángulo de incidencia aumente o disminuya, captará menos energía del sol. Por esta razón la placa solar tendrá un menor rendimiento en las horas en las que el sol permanece más bajo.

Figura 13: paneles solares de placas fijas

-

Placas solares móviles: Los sistemas móviles aunque más costosos permiten un mayor rendimiento ya que consisten en placas solares que van montadas sobre una estructura dinámica que se va orientando hacia el sol.

Figura 14: Panel solar de placa móvil

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 Sistemas de seguimiento solar de 1 eje

La placa montada sobre un eje sique la trayectoria del sol desde que sale hasta que se pone en el horizonte. Este sistema tiene la limitación de que no corrige las diferencias de inclinación del sol en las distintas épocas del año. El sistema motor del eje puede ser manual o mecánico  Sistemas de seguimiento solar de dos ejes. Un sistema de dos ejes permite un mejor seguimiento solar, lo que se traduce en un rendimiento más elevado. A la vez que los paneles solares giran sobre el eje horizontal, el dispositivo completo gira sobre eje vertical siguiendo a trayectoria del sol. La estructura está montada sobre tres pequeñas ruedas que se desplazan sobre un riel circular. Igualmente que en el sistema de un eje, el movimiento puede se manual o por medio de un motor eléctrico o hidráulico.

 Sistemas mecánicos– El seguimiento se realiza por medio de un motor y de un sistema de engranajes. Dado que la inclinación del Sol varia a lo largo del año es necesario realizar ajustes periódicos, para adaptar el movimiento del soporte  – Mediante dispositivos de ajuste automático-. El ajuste se realiza por medio de sensores que detectan cuando la radiación no incide perpendicular al panel corrigiéndose la posición por medio de motores.  – Dispositivos sin motor- Sistemas que mediante la dilatación de determinados gases, su evaporación y el juego de equilibrios logran un seguimiento del Sol.

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 Se estima que con estos sistemas se puede lograr un aumento de entre el 30% y el 40% de la energía captada. Se hace necesario evaluar el costo del sistema de seguimiento y la ganancia derivada del aumento de la energía para determinar su rentabilidad.

Figura 15: Paneles solares con placa de seguimiento de un eje y doble eje

El seguimiento puede ser por medio de un control manual, indicado para viviendas

individuales

por

ser

menos

costoso,

o

por

medio

de

microprocesadores, que determinan la posición del sol basándose en sensores o en programas de datos astronómicos sobre posicionamiento solar.

IX.

ORIENTACION DE UN PANEL SOLAR

La luz solar llega a la tierra en línea recta, sin embargo, una vez que entra en capa atmosférica, solo una parte de esta luz solar que llega a la superficie puede presentare en dos formas: luz solar difusa y luz solar directa. un panel solar es capaz de generar corriente eléctrica incluso en un día nublado en el que solo percibe luz solar difusa, sin embargo, la condición para una óptima producción de corriente eléctrica es el captar mayor cantidad de luz solar directa posible. Por eso al instalar paneles o grupos de panees solares se usa orientarlos lo mejor posible hacia el sol, de modo de aprovechar al máximo

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la luz solar directa. La mejor orientación para un panel solar ubicado en el hemisferio norte es hacia el sur y para un panel solar ubicado en el hemisferio sur es hacia el norte.

o Movimiento de Inclinación

El rango para el ángulo de inclinación es [68°-112°] con respecto a la vertical ó respecto a la horizontal como se muestra en la figura 15. Este rango de movimiento se encuentra dentro del rango estándar para establecer la inclinación de un sistema fotovoltaico, el cual corresponde a la latitud.

Figura 16: Posición inicial para movimiento de inclinación

o Movimiento Acimutal

La posición inicial de la estructura para el ángulo azimut es como se muestra en la figura 16. A partir de este punto se puede realizar un movimiento hasta de 120° en sentido horario, el cual corresponde el rango completo programado para dicho ángulo.

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Figura 17: posición inicial movimiento acimutal

o Angulo de inclinación de un panel solar

La orientación de un panel sola viene dada por un ángulo de inclinación del mismo hacia dicha orientación, el cual varía de acuerdo a la latitud en la que se esté ubicado y la época del año. de acuerdo a esto, en el diseño se debe escoger la orientación más óptima, capaz de aprovechar el máximo de energía solar posible en un año.

Figura 18: ángulo de inclinación

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Figura 19: Ángulo de inclinación optimo según la latitud

X.

OTROS ELEMENTOS ASOCIADOS A LOS PANELES SOLARES

El panel solar es el elemento encargado de captar la energía del sol y de transformarla en energía eléctrica que se pueda ser usada. Asociado los paneles existen otros componentes que se utilizan en las instalaciones como elementos de seguridad o que amplían las posibilidades del uso de la instalación. Los componentes esenciales de una instalación fotovoltaica son: a) Regulador– Es el elemento que regula la inyección de corriente desde los paneles a la batería. El regulador interrumpe el paso de energía cuando la batería se halla totalmente cargada evitando así los negativos efectos derivados de una sobrecarga. En todo momento el regulador controla el estado de carga de la batería para permitir el paso de energía eléctrica proveniente de los paneles cuando esta empieza a bajar.

b) Batería– Almacena la energía de los paneles para los momentos en que no hay sol, o para los momentos en que las características de la energía proporcionada por los paneles no es suficiente o

32

adecuada para satisfacer la demanda (falta de potencia al atardecer, amanecer, días nublados). La naturaleza de la radiación solar es variable a lo largo del día y del año, la batería es el elemento que solventa este problema ofreciendo una disponibilidad de energía de manera uniforme durante todo el año o

Cargador de baterías

El diseño del cargador de la batería está basado en el circuito

integrado

BQ24650

fabricado

por

Texas

Instruments. Este circuito integrado es un control para recargar baterías por conmutación con una frecuencia de 600 kHz. “El cual regula el voltaje de entrada y reduce la corriente de carga cuando el voltaje de carga cae por debajo del nivel programado. Por ejemplo, cuando la entrada es alimentada por un panel solar el lazo de control disminuye la corriente de carga lo que permite al panel solar desarrollar el punto máximo de potencia”

c) Inversores – El elemento que transforma las características de la corriente de continua a alterna. La mayoría de los aparatos eléctricos funcionan con corriente alterna y tanto los paneles como las baterías suministran energía eléctrica en forma de corriente continua. Es por ello que se hace necesario este elemento que modifique la naturaleza de la corriente y la haga apta para su consumo por muchos aparatos.

XI. 

APLICACIONES DE LOS PANELES SOLARES

Durante gran parte de los años 80 y de principios de los años 90 el mayor mercado para los paneles solares estaban en las fuentes de alimentación

para

áreas

remotas

consumo(relojes juguetes y calculadoras)

33

y

algunos

productos

de

A) Calentadores de agua

El agua caliente solar o más propiamente agua calentada por sistemas solares, se refiere al calentamiento del agua caliente sanitaria (ACS) utilizando la energía solar por diversos métodos.

Figura 20: instalación del panel solar – calentador de agua

A.1)

Disposición de los colectores

Los colectores deben de estar orientados al sur (al norte en el hemisferio sur) cuidando, en lo posible, de que el sol, en su recorrido durante todo el año, no arroje sobre ellos sombras de los edificios colindantes o de los componentes del propio edificio (cajas de escalera, petos de terraza,...). Se dispondrán formando con la horizontal un ángulo igual a la latitud del lugar, de modo que en los equinoccios, al medio día, la radiación solar incida perpendicularmente. Con esta posición, la captación a lo largo del año será más o menos la máxima. Puede convenir disminuir la captación en verano y aumentarla en invierno, inclinando el colector más hacia la vertical (se admiten desviaciones de ± 10º), pero perdiendo captación a lo largo del año.

34

A.2)

Instalación con colectores y acumulación independiente

Esquema de funcionamiento de un sistema de ACS solar. Se utilizan colectores solares planos y a veces otros tipos, como el de tubos de vacío, aunque los planos suelen ser bastante más baratos debido a que se fabrican en grandes series. Los colectores se conectan a un depósito acumulador que, como media, tendría la capacidad de agua necesaria para un día de uso (entre unos 22...30 L/día por posible habitante del edificio y a 60ºC de temperatura). La conexión de los colectores se hace, normalmente, con un circuito específico (circuito primario), que recorre un calo portador, y va a un intercambiador en el depósito acumulador. Este circuito independiente tiene dos importantes ventajas: 

por un lado, si en la zona hay posibilidad de heladas invernales, en el circuito de colectores se puede poner un anticongelante (del tipo utilizado en los radiadores de los automóviles), y



por otro lado, se protege a los colectores de las impurezas que puedan traer las aguas de la red, muy especialmente cuando se trata de aguas duras, con gran cantidad de sales disueltas, que precipitarían allí donde se calienta el agua, precisamente en los serpentines de los colectores, formando una capa aislante térmica que reduce el rendimiento, y puede llegar a obturar los conductos; cuando en el circuito primario no se cambia el agua, una vez depositada la limitada cantidad de sales que pueda llevar no volverá a haber problema; incluso se puede llenar el circuito con agua blanda, sin sales.

35

Figura 21: estructura de los circuitos de colectores

A.3)

Calentador solar "autónomo" Se trata de dispositivos que permiten captar la energía del sol y transferirla al agua, en general en un solo aparato, con los dispositivos necesarios. El agua calentada se guarda en un depósito de acumulación y puede consumirse directamente o conectarse en serie con un calentador auxiliar. Entre hay dos tipos: En uno de ellos, los paneles tienen una placa receptora

y

tubos

por

los

que

circula

un

líquido caloportador adheridos a ésta. El receptor (generalmente recubierto con una capa selectiva oscura) capta la radiación solar calentándose, mientras que el agua que circula por los tubos transporta el calor hacia el depósito acumulador

36

Figura 22: Calentador solar plano con deposito acumulador en una vivienda

El depósito está situado a una altura mayor que el colector, de modo que el densidad, de modo que asciende al acumulador, mientras que la más fría, de mayor densidad, baja por otro conducto por la parte de atrás, hacia el colector, donde se calienta.

Figura 23: Un calentador solar de agua

B) Cercas eléctricas

Además de ser útiles para ganaderos que no cuentan con corriente eléctrica en su predio, o tienen pero no es constante, las cercas solares también permiten ahorrar costos. Las cercas solares son una importante alternativa para el productor por sus múltiples beneficios. El primero de ellos es el aprovechamiento de un recurso que está disponible para todos y que es gratis: la luz solar.

37

De esta forma, el productor economiza en gastos mensuales de lo que tendría que pagar si tuviera una cerca alimentada por las redes eléctricas del municipio. Uso de energía solar ahorra hasta 40 % de los costos a ganaderos.

Figura 24: Las cercas eléctricas son una alternativa de económica y amigable con el medio ambiente

C) En sistema de iluminación Son fuentes de luz que son generados por los paneles fotovoltaicos generalmente

montados

sobre

la

estructura

de

iluminación.

Los paneles fotovoltaicos cargan una batería recargable, que alimenta una

lámpara

fluorescente

o

LED

durante

la

noche.

La mayoría de los paneles solares se encienden y se apagan automáticamente al detectar la luz al aire libre con un sensor. Las luminarias solares para alumbrado público están diseñadas para trabajar durante toda la noche. Muchos pueden estar encendidos durante más de una noche si el sol no está disponible por un par de días.

38

Figura 25: Estructura de panel solar en un sistema de iluminación

Las

luminarias

solares

para

alumbrado

público

se

clasifican

generalmente en dos tipos.

C.1) Luminarias solares autónomas Las luminarias solares para alumbrado público autónomas tienen paneles fotovoltaicos montados en la estructura. Cada farola tiene sus propios paneles fotovoltaicos y es independiente de las demás luces.  Ventajas 

Las luminarias solares utilizan la forma de energía más limpia que existe, el sol.



Una luminaria solar puede iluminar áreas remotas donde no hay energía eléctrica disponible.



Las lámparas solares son 100% autónomas.



Las luminarias solares pueden trabajar durante años sin costo de

39

energía. 

Los LEDS de una luminaria solar tienen una vida útil de 50,000 horas.



Nuestras luminarias de energía solar están integradas con sensores de luz para encendido y apagado al oscurecer y al amanecer respectivamente.



Inmunes a fallas de energía eléctrica o "apagones" comunes en las lámparas convencionales conectadas a la red de energía eléctrica ( CFE )

C.2)

Luminarias solares centralizadas

Las luminarias solares para alumbrado público también pueden trabajar centralmente En este tipo, los paneles fotovoltaicos para un grupo de luminarias solares para alumbrado público se montan por separado. Todas las luces de la calle en un determinado grupo están conectadas a esta fuente de energía central. D) Telecomunicaciones y sistemas de monitoreo remoto

Figura 26: Esquema de monitoreo remoto de sistemas

40

E) Bombas de agua adicionados con energía solar Queremos explicar las pautas para el uso de la energía solar para los sistemas de bombeo que es determinado fuertemente por la radiación solar en cada lugar:

o

Uno o más reservorios, tanques o depósitos elevados para asegurar el riego por gravedad es la mejor solución. Representa según volumen una reserva que permite el riego independiente de la energía solar del momento y permite ajustar el flujo del agua según la necesidad del riego. Como la radiación solar varía sobre el día, nubes y neblina afectan la producción de electricidad en el momento, mantener el volumen y la presión constante en un sistema sin reservorio o tanque elevado es técnicamente más exigente.

o

Adaptar el bombeo a la disponibilidad de la energía solar reduce o elimina (según sistema) los altos costos de baterías. Es más apropiado bombear el máximo del agua durante las horas de buena radiación que bombear menos agua durante más horas.

o

Si es necesario bombear durante más horas que el sol permite, puede ser más económico usar parcialmente un generador en vez de instalar una alta cantidad de baterías.

Figura 27: Diagrama de bombeo solar con depósito y bomba sumergible

41

F) Sistema de tratamientos de agua

Se trata de un sistema de desinfección del agua mediante el uso simultáneo de energía solar, convertida en eléctrica, y de rayos ultravioleta generados por lámparas UV. Este procedimiento fue puesto a punto por investigadores y se ha venido desarrollando durante los últimos 10 años, principalmente gracias al trabajo de NEDAP, una compañía holandesa.  Ventajas 

Sencillez de aplicación.



Reducido coste de mantenimiento tras la adquisición del equipo.



Eficacia y rapidez.



Buena capacidad de producción diaria (hasta 2.500 litros de agua potable).  Desventajas



El material debe importarse.



Importante coste inicial derivado de la adquisición del purificador.



Coste de mantenimiento bastante elevado (especialmente en el caso de la des incrustación).



Agua no protegida frente a las re contaminaciones si no se utiliza con la suficiente rapidez.

Figura 28: Tratamiento de agua

42

G) Otros usos:  Bolsa de mujer con paneles solares, para recargar tu celular y fibras ópticas para búsqueda en las noches  Bolsos y mochilas con energía solar: incorporan paneles fotovoltaicos, han aparecido en el mercado americano.  Es una mochila útil, ya que, se van cargando los pequeños aparatos electrónicos. Un móvil o una cámara digital puede cargarse entre dos y cuatro hora. Los paneles solares son impermeables, flexibles y, lo mismo que con otros bolsos solares se pueden retirar del mismo para usarlos fuera.

Figura 29: Accesorios de uso personal

XII.

CARACTERISTICAS TENICAS DE INSTALACION

La instalación del sistema fotovoltaico consiste en el montaje de todos los componentes y el conexionado entre ellos siguiendo las recomendaciones de os fabricantes y las normas eléctricas vigentes.

43

Figura 30: Estructura de la instalación de un panel solar

XIII.

RECOMENDACIONES Y CONSEJOS ÚTILES PARA USUARIOS DE INSTALACIONES DE ENERGÍA SOLAR

1. No conecte al sistema fotovoltaico equipos de gran potencia que no hayan sido considerados en el diseño, sin consultar a los especialistas, ya que una sobrecarga por consumo excesivo puede provocar un mal funcionamiento. 2. No conecte equipos de potencia superior a la del inversor CC/CA, pues esta sobrecarga puede dañarlo, sobre todo cuando los inversores no son de calidad 3. Recuerde que todos los aparatos con motor, tienen, como mínimo, una potencia de arranque 3 veces superior a la potencia del aparato. Hay que tenerlo en cuenta para saber si nuestro inversor lo aceptará. 4. No se deben hacer modificaciones en la instalación, dado que la instalación ha sido dimensionada específicamente para el uso que se estableció en un principio. 5. No utilizar lámparas incandescentes. Es recomendable la utilización de lámparas Led o en su defecto de bajo consumo.

44

6. No es conveniente utilizar aparatos con resistencias eléctricas tipo: braseros, radiadores, calefactores, termos eléctricos, etc. Su consumo es excesivo. Será más adecuado utilizar otra fuente de energía para calentar. 7. Recuerde siempre que en los sistemas de energía solar fotovoltaica, como la energía es limitada, se hace mucho más necesario. Por tanto, no mantenga luces o equipos encendidos innecesariamente. 8. Comprobar semanalmente los indicadores del regulador de carga, que señalan su estado de funcionamiento, y verificar que tiene una producción regular. 9. Bajo ningún concepto se deberá tapar la salida de aire del inversor, ya que de ser así se impide la refrigeración de éste y podría desembocar en un mal funcionamiento. 10. Si el inversor se protege, ya sea por sobretensión o bien por sobre intensidad, y se apaga cuando lo sometemos a una carga superior a la que admite. No debemos reiniciarlo, después de unos minutos el inversor se rearmará automáticamente. 11. Comunicar urgentemente cualquier avería al servicio técnico. 12. Revisar que la aparición de nuevas sombras (vegetación, nuevas construcciones) puedan disminuir la capacidad de producción eléctrica de la instalación. 13. Procurar reducir los consumos eléctricos del emplazamiento para no someter a sobreesfuerzos a la batería, prolongando de este modo su vida útil. 14. Una vez al año compruebe el nivel de agua de las baterías de su instalación de energía solar. No utilice, en sustitución del agua destilada para rellenar la batería de acumulación, agua de río, hervida u otro tipo que no sea la recomendada, ya que esto daña la vida útil de la batería de acumulación. Si se procede a rellenar el nivel de las baterías, se deberá hacer usando un embudo de plástico o cristal (en ningún caso emplee recipientes metálicos).

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4. CONCLUSIONES  Las energías limpias son las que más deberíamos de explotar ya que son renovables, inagotable y no contaminan el medio ambiente; con lo que nos evitamos problemas como la lluvia ácida o el efecto invernadero.  Los beneficios económicos de la energía solar radican en que no requiere combustible para su funcionamiento y en que los costes de mantenimiento son muy bajos.  Es posible reducir el espacio necesario para instalar energía solar.  Debido a que los consumos energéticos más altos se dan en aparatos sumamente necesarios, es difícil o casi imposible optar por la racionalización

de

la

energía,

es por esto que

consideramos

la producción de la propia un método eficiente para bajar los costos energéticos en general.

5. RECOMENDACIONES o Es necesario obtener información detallada sobre el procedimiento de diseño de instalaciones solares especialmente si no se cuenta con los conocimientos técnicos básicos. o Para la instalación de paneles solares es importante tener en consideración en ángulo de inclinación de este. o Con los conocimientos sobre los paneles solares es conveniente recomendar que No es rentable remplazar focos fluorescentes por leds, pues los tiempos de recuperación no lo permiten, aunque en definitiva lo

46

es

sustituir

aparatos

con

un

alto consumo y

que

pueden

ser

remplazados por homólogos más actualizados, tal como el caso de las lavadoras. o Es recomendable el equipamiento de una casa con paneles solares pues es una alternativa válida para bajar los costos de las tarifas eléctricas, sin embargo es caro y sería mejor realizarlo a través de contratistas, pues su costo es más barato y se tienen mayores garantías del funcionamiento del equipo así como se respetan las garantías con mayor seguridad, evitando inconveniente.

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